CN103408467A - 低能耗co2汽提法尿素工艺及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低能耗CO₂汽提法尿素工艺及系统，解决了现有尿素工艺节能效果有待提高、生产成本及设备投资高的问题。所述工艺通过增设一个并联的中压分解回收系统，解决原有高压分解回收系统中低压蒸汽无法全部利用，不利于节能的问题。所述能耗CO₂汽提法尿素系统，包括高压分解回收系统，所述高压分解回收系统包括依次连接的高压CO₂汽提塔、低压分解塔和闪蒸槽，还包括有与高压分解回收系统并联的中压分解回收系统，所述中压分解系统包括中压CO₂汽提塔，所述中压CO₂汽提塔的尿素汽提液出口与低压分解塔的尿素汽提液进口连接。本发明系统简单、能有效利用低压蒸汽，扩能同时节能降耗效果明显，设备投资及运行成本低。

Description

低能耗CO2汽提法尿素工艺及系统

技术领域

本发明涉及一种尿素生产工艺及系统，具体的说是一种低能耗CO₂汽提法尿素工艺及系统。

背景技术

工业化尿素生产是以CO₂气体和液氨为原料，经过高压合成和中压或/和低压分解回收以及真空浓缩、造粒等工序加工成固体尿素产品。

目前，国内外尿素装置生产工艺主要有如下几种：荷兰斯塔米卡邦(Stamicarbon)CO₂汽提法工艺、意大利斯那姆(Snamprogetti)氨汽提法工艺、日本TOYO的ACES21工艺、瑞士卡萨里(Casale)高效合成工艺、水溶液全循环法工艺等。其中，以二氧化碳汽提工艺和氨汽提工艺最具竞争力。

典型的CO₂汽提法工艺流程为，原料氨及CO₂经增压后送入尿素合成塔(压力14~14.5MPaA)合成尿素，出尿素合成塔含甲铵的尿素溶液（即尿素合成液）经高压分解回收(压力14~14.5MPaA)、低压分解回收(压力0.3~0.4MPaA)以及真空浓缩、造粒等工序加工成固体尿素产品。通常，高压分解采用压力为2.3MPaA的中压蒸汽加热，低压分解及真空浓缩则利用高压回收系统副产的0.45MPaA低压蒸汽加热。

通常CO₂汽提法工艺装置中，中压蒸汽(2.3MPaA)主要用于高压CO₂汽提塔的加热及工艺冷凝液处理系统的尿素水解器加热，每吨尿素的蒸汽消耗约为900~950kg，高压甲铵冷凝器副产的0.45MPaA低压蒸汽除去供低压分解塔使用外，每吨尿素约有200kg低压蒸汽需要外送出去。但由于副产的0.45MPaA低压蒸汽品位较低，一般难以利用，即使是注入到CO₂压缩机蒸汽透平（蒸汽透平驱动），其效率也是很低的，有些工厂不得已将其放空，白白浪费掉了。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述技术头问题，提供一种工艺简单、在中压条件下，可利用0.45MPaA低压蒸汽进行对尿素合成液中的甲铵进行汽提加热，分流高压CO₂汽提塔的负荷，有效降低CO₂汽提法工艺装置中压蒸汽消耗，使低压蒸汽全部得到合理利用，做到自给平衡的低能耗CO₂汽提法尿素工艺。

本发明还提供一种用于上述工艺的低能耗CO₂汽提法尿素系统，具有设备投资低、产能高、能减小高压CO₂汽提塔、高压甲铵冷凝器的规格或尺寸，降低施工难度的低能耗CO₂汽提法尿素系统。

本发明低能耗CO₂汽提法尿素工艺，包括将尿素合成液送入高压分解回收系统中在高压CO₂汽提塔中进行高压CO₂汽提、在低压分解塔中进行低压分解，最后在闪蒸槽中闪蒸得到工艺气体及尿素溶液，将尿素合成液分为两部分，一部分送入高压分解回收系统，另一部分送入与高压分解回收系统并联的中压分解回收系统，所述另一部分尿素合成液在中压分解回收系统中的中压CO₂汽提塔中进行中压CO₂汽提，得到混合气体和尿素汽提液，所述尿素汽提液与高压CO₂汽提后的尿素汽提液合并后送入低压分解塔进行低压分解，所述高压分解回收系统副产的低压蒸汽引入中压CO₂汽提塔中的加热段为汽提过程加热。

所述中压CO₂汽提塔的操作压力为1.7~2.5MpaA，吸收液的氨碳摩尔比为： 2.3~2.5，汽提温度为130~140°C，中压CO₂汽提后得到的尿素汽提液中温度为135°C，尿素浓度为55~60%（重量）。所述引入中压CO₂汽提塔的尿素合成液占总的尿素合成液的10~40%（重量）。

由所述闪蒸槽中闪蒸得到的尿素溶液送入真空预浓缩器进一步加热浓缩，得到温度100~115°C，浓度为75~85%（重量）尿素溶液送入下一工序；所述中压CO₂汽提塔顶部出来的混合气体送入真空预浓缩器的下部热能回收段，与来自低压分解回收系统中的甲铵液混合吸收并冷凝得到气液混合物，冷凝热用于加热浓缩来自闪蒸槽的尿素溶液。

所述气液混合物经中压甲铵冷凝器冷凝进一步吸收，然后进入中压甲铵冷凝器液位槽进行气液分离，分离出的甲铵液经高压甲氨泵加压后送入下一工序；分离出的尾气经中压洗涤器洗涤后排出。

所述中压甲铵冷凝器的反应热由中压甲铵冷凝器循环水冷却器及中压甲铵冷凝器循环水泵组成的闭路冷却系统移走。

本发明低能耗CO₂汽提法尿素系统，包括高压分解回收系统，所述高压分解回收系统包括依次连接的高压CO₂汽提塔、低压分解塔和闪蒸槽，还包括有与高压分解回收系统并联的中压分解回收系统，所述中压分解系统包括中压CO₂汽提塔，所述中压CO₂汽提塔的尿素汽提液出口与低压分解塔的尿素汽提液进口连接。

所述闪蒸槽的尿素出口与真空预浓缩器的尿素进口连接；所述中压CO₂汽提塔的混合气出口与真空预浓缩器的混合气进口连接，所述真空预浓缩器的混合气进口还与来自低压分解回收系统中的甲铵液管道连通。

所述真空预浓缩器的气液混合物出口依次连接中压甲铵冷凝器和中压甲铵冷凝器液位槽，所述中压甲铵冷凝器液位槽的尾气出口与中压洗涤器连接，甲铵液出口与高压甲铵泵连接。

所述中压CO₂汽提塔的加热段采用降膜式加热器。

本发明中，通过增加一个中压分解回收系统，将CO₂气体引入该系统中的中压CO₂汽提塔底部作为汽提剂，可以降低甲铵分解的温度，从而可以使用高压甲铵冷凝器副产低压蒸汽作为CO₂汽提塔的加热热源，使来自尿素合成塔的尿素合成液中的甲铵在此分解；另外，由于引入中压气提塔的CO₂气体的压力可大幅降低（引入的中压CO₂气体的压力只需1.7~2.2MPaA左右即可），不需压缩到14~14.5MPaA这么高的压力，也大大降低了CO₂压缩机的能耗

所述低压蒸汽是指压力范围为0.45~0.9MPaA的低压蒸汽。

另一方面，尿素合成液中的甲铵经中压CO₂汽提塔分解后，由其顶部出来的含有NH₃、CO₂及H₂O的混合气体与来自后续的低压分解回收系统中（如来自低压甲铵冷凝器）的甲铵液一并进入真空预浓缩器的下部热能回收段（上部仍可采用低压蒸汽加热），在真空预浓缩器中混合气体和甲铵液反应冷凝吸收，冷凝热用于加热来自闪蒸槽的尿素溶液，使该部分热能得到回收，进一步降低蒸汽消耗。

经冷凝吸收后得到的气液混合物则经进一步的冷凝、气液分离、洗涤，得到中压尾气及高压甲铵液。

有益效果：

1．具有显著的增产效果：通过增设一个中压分解回收系统，在原有高压分解回收系统的产能上，可提高产能20~40%，设备改造简单，投资低。

2．具有显著的节能效果：在增产的前提下，一方面采用汽提工艺，使甲铵的分解温度下降，从而可利用高压分解回收系统中副产的低压蒸汽作为汽提的热源；另一方面，利用汽提后得到的含CO₂、氨、H₂O的气体混合物与甲铵液混合可产生冷凝吸收反应的原理，将来自后续的低压分解回收系统中的甲铵液回引至真空预浓缩器中与气体混合接触反应，冷凝同时获得的反应热用于加热尿素溶液，进一步浓缩尿素溶液。

3．除原有高压分解加收系统后增加的中压分解回收系统中所有的装置中的热能供给均采用自给平衡，或利用高压甲铵冷凝器副产蒸汽，不另外消耗中压或高压蒸汽，或利用冷凝反应热，所有热能均得到有效回收，提高产量的同时也大大降低了生产成本，对环境友好。以年产52万吨/年尿素装置为例，每年可节约中压蒸汽消耗10.4~13万吨，以每吨中压蒸汽150元的价格计算，每年节省的费用为1560~1950万元。如果采用本发明工艺技术进行改造，仅以节能降耗为目的，增加前面所述的中压分解回收系统，其新增投资不到1000万元，增产的同时，不到一年即可回收全部投资。

4．对于决扩能改造项目，可以解决原有高压分解回收系统能力不足的问题；对于新建装置，则可以减小高压分解回收系统相关设备的规格或尺寸，可降低投资。

附图说明

图1为本发明流程图暨系统图，其中虚线框出的部分为现有系统部分。

1-中压CO₂汽提塔、2-真空预浓缩器、3-中压甲铵冷凝器、4-中压甲铵冷凝器液位槽 、5-中压洗涤器、6-中压甲铵冷凝器循环水冷却器、7-中压甲铵冷凝器循环水泵、8-高压甲铵泵、101-高压CO₂汽提塔、102-低压分解塔、103-闪蒸槽、104-高压甲铵冷凝器、105-低压蒸汽包。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步解释说明：

参照图1，低能耗CO₂汽提法尿素系统包括高压分解回收系统，所述高压分解回收系统包括依次连接的高压CO₂汽提塔101、低压分解塔102和闪蒸槽103，其中高压CO₂汽提塔101的汽提气出口与高压甲铵冷凝器104连接，所述高压甲铵冷凝器104上装有低压蒸汽包105。中压分解回收系统与高压分解回收系统并联，所述中压分解系统包括中压CO₂汽提塔1，所述中压CO₂汽提塔1的尿素汽提液出口与低压分解塔102的尿素汽提液进口连接。也就是说高压CO₂汽提塔101的尿素汽提液和中压CO₂汽提塔1的尿素汽提液合并进入低压分解塔102进行低压分解。所述闪蒸槽103的尿素出口与真空预浓缩器2的尿素进口连接；所述中压CO₂汽提塔1的混合气出口与真空预浓缩器2的混合气进口连接，所述真空预浓缩器2的混合气进口还与来自低压分解回收系统中的甲铵液管道连通，可用于同时引入混合气体及低压甲铵液。所述真空预浓缩器2的气液混合物出口依次连接中压甲铵冷凝器3和中压甲铵冷凝器液位槽4，所述中压甲铵冷凝器液位槽4的尾气出口与中压洗涤器5连接，甲铵液出口与高压甲铵泵8连接。所述中压CO₂汽提塔底部可引入中压CO₂作为汽提剂，其加热段采用降膜式加热器，可通入低压蒸汽提供甲铵液分解所需的热能。

工艺过程：

由尿素合成塔底出来的含甲铵的尿素合成液（甲铵含量约为34%（重量），尿素浓度约为33.6%（重量），温度为183°C）在进入高压CO₂汽提塔101之前分流出一股（10~40%（重量），根据负荷可调节）减压后送入中压CO₂汽提塔1上部气液分离，分离出的混合气体（含CO₂、氨、H₂O的混合气体）由中压CO₂汽提塔1顶部排出，液体下行在加热段（为降膜式加热器）内与CO₂气体（由CO₂压缩机来的经脱硫、脱氢后，压力2.2MPAa的 CO₂气体）逆流接触，进行汽提，使甲铵进一步分解，所述加热段的热能由来自高压分解系统的0.45~0.9MPaA低压蒸汽提供，由中压CO₂汽提塔1底部流出的尿素汽提液（130~140°C，尿素浓度为重量百分数55~60%），经管道送入高压分解回收系统中的低压分解塔102与来自高压CO₂汽提塔101的尿素汽提液合并后进行低压分解，低压分解所需热能也由高压分解回收系统副产的低压蒸汽（来自低压蒸汽包105）提供。所述中压CO₂汽提塔1的操作压力为1.7~2.5MPaA，吸收液的氨碳摩尔比为： 2.2~2.5。

同时，余下的含甲铵的尿素合成液进入高压CO₂汽提塔101进行汽提，高压CO₂汽提塔101底部流出的尿素汽提液进入低压分解塔102进行低压分解，顶部排出的汽提气送入高压甲铵冷凝器104冷凝回收甲铵液，并排出工艺气体，回收过程中，通过低压蒸汽包105引入锅炉给水回收热能，获得低压蒸汽。

经低压分解塔102低压分解后的尿素溶液进入闪蒸槽103进行闪蒸，进一步分解尿素溶液中的甲铵，闪蒸出的工艺气体由顶部排出，分离出的尿素溶液由闪蒸槽103底部流出送入真空预浓缩器2进行进一步加热浓缩；所述中压CO₂汽提塔1顶部排出的混合气体与低压甲铵液（来自后续的低压分解回收系统中的低压甲铵液）混合后送入真空预浓缩器2，在真空预浓缩器2的热能回收段中，混合气体中的CO₂与低压甲铵溶液中的氨和水进行生成甲铵的反应，冷凝热为来自闪蒸槽103的尿素溶液提供热能，使尿素溶液进一步浓缩，根据需要，还可在热能回收段上方加设蒸发加热段，利用高压分解回收系统中回收热能时获得的低压蒸汽（来自低压蒸汽包105）对经热能回收段加热后的尿素溶液进一步加热浓缩，经浓缩后的尿素溶液（温度约110°C，尿素浓度为80%wt）排出进入下一工序，产生的工艺气体进入下一工序；

离开真空预浓缩器2下部热能利用段的气液混合物经管道送入中压甲铵冷凝器3进一步冷凝吸收，然后送入中压甲铵冷凝器液位槽4进行气液分离，分离出的气体经中压洗涤塔5洗涤后排出，分离出的甲铵液经高压甲铵泵加压后送入下一工序。所述中压甲铵冷凝器3的反应热由与中压甲铵冷凝器3串联的中压甲铵冷凝器循环水冷却器及中压甲铵冷凝器循环水泵组成的闭路冷却系统移走。

以年产52万吨/年尿素装置为例，采用本发明工艺及系统每年可节约中压蒸汽消耗10.4~13万吨，同时可提高产能20~40%，以每吨中压蒸汽150元的价格计算，每年节省的费用为1560~1950万元(未考虑提高产能所产生的效益)，新增投资不到1000万元，不到一年即可回收全部投资。

Claims (10)

1.一种低能耗CO₂汽提法尿素工艺，将尿素合成液送入高压分解回收系统中的高压CO₂汽提塔中进行高压CO₂汽提、在低压分解塔中进行低压分解，最后在闪蒸槽中闪蒸得到工艺气体及尿素溶液，其特征在于，将尿素合成液分为两部分，一部分送入高压分解回收系统，另一部分送入与高压分解回收系统并联的中压分解回收系统，所述另一部分尿素合成液在中压分解回收系统中的中压CO₂汽提塔中进行中压CO₂汽提，得到混合气体和尿素汽提液，所述尿素汽提液与高压CO₂汽提后的尿素汽提液合并后送入低压分解塔进行低压分解，所述高压分解回收系统副产的低压蒸汽引入中压CO₂汽提塔中的加热段为汽提过程加热。

2.如权利要求1所述的低能耗CO₂汽提法尿素工艺，其特征在于， 所述中压CO₂汽提塔的操作压力为1.7~2.5MPaA，吸收液的氨碳摩尔比为：2.2~2.5，汽提温度为130~140°C，中压CO₂汽提后得到的尿素汽提液中温度为130~140°C，尿素浓度为重量百分数55~60%。

3.如权利要求1所述的低能耗CO₂汽提法尿素工艺，其特征在于，所述引入中压CO₂汽提塔的尿素合成液占总的尿素合成液的10~40%（重量）。

4.如权利要求1或2或3所述低能耗CO₂汽提法尿素工艺，其特征在于，由所述闪蒸槽中闪蒸得到的尿素溶液送入真空预浓缩器进一步加热浓缩，得到温度100~115°C，浓度为重量百分数75~85%尿素溶液送入下一工序；所述中压CO₂汽提塔顶部出来的混合气体送入真空预浓缩器的下部热能回收段，与来自低压分解回收系统中的甲铵液混合吸收并冷凝得到气液混合物，冷凝热用于加热浓缩来自闪蒸槽的尿素溶液。

5.如权利要求4所述的低能耗CO₂汽提法尿素工艺，其特征在于，所述气液混合物经中压甲铵冷凝器冷凝进一步吸收，然后进入中压甲铵冷凝器液位槽进行气液分离，分离出的甲铵液经高压甲氨泵加压后送入下一工序；分离出的尾气经中压洗涤器洗涤后排出。

6.如权利要求4所述的低能耗CO₂汽提法尿素工艺，其特征在于，所述中压甲铵冷凝器的反应热由中压甲铵冷凝器循环水冷却器及中压甲铵冷凝器循环水泵组成的闭路冷却系统移走。

7.一种低能耗CO₂汽提法尿素系统，包括高压分解回收系统，所述高压分解回收系统包括依次连接的高压CO₂汽提塔、低压分解塔和闪蒸槽，其特征在于，还包括有与高压分解回收系统并联的中压分解回收系统，所述中压分解系统包括中压CO₂汽提塔，所述中压CO₂汽提塔的尿素汽提液出口与低压分解塔的尿素汽提液进口连接。

8.如权利要求7所述的低能耗CO₂汽提法尿素系统，其特征在于，所述闪蒸槽的尿素出口与真空预浓缩器的尿素进口连接；所述中压CO₂汽提塔的混合气出口与真空预浓缩器的混合气进口连接，所述真空预浓缩器的混合气进口还与来自低压分解回收系统中的甲铵液管道连通。

9.如权利要求7或8所述的低能耗CO₂汽提法尿素系统，其特征在于，所述真空预浓缩器的气液混合物出口依次连接中压甲铵冷凝器和中压甲铵冷凝器液位槽，所述中压甲铵冷凝器液位槽的尾气出口与中压洗涤器连接，甲铵液出口与高压甲铵泵连接。

10.如权利要求7或8所述的低能耗CO₂汽提法尿素系统，其特征在于，所述中压CO₂汽提塔的加热段采用降膜式加热器。

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